高考申論題
113年
[醫學工程] 醫學儀表及測量
第 一 題
📖 題組：
請就量測原理與電生理學回答下列問題：
請就量測原理與電生理學回答下列問題：
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
請說明可興奮性細胞在靜止狀態（resting state）下，依 Goldman-Hodgkin-Katz Equation 建立靜止膜電位（resting membrane potential）的機制與影響因素。（5 分）
思路引導 VIP
解題應先寫出 GHK 方程式，明確標示 K⁺、Na⁺、Cl⁻ 的濃度與通透性參數。接著說明靜止狀態下細胞膜對 K⁺ 的極高通透性（鉀離子漏通道）如何主導膜電位的建立，最後補充鈉鉀幫浦在維持濃度梯度上的貢獻，以完整涵蓋電生理機制與影響因素。
小題 (二)
請說明在適當刺激強度下，在可興奮性細胞細胞膜上產生動作電位（action potential）的主要機制與畫出一個動作電位中的主要離子通道電流變化引起的膜電位波型。（5 分）
思路引導 VIP
看到動作電位（Action Potential）題型，應立即聯想「電壓閘門型鈉/鉀離子通道」的開閉時序與細胞膜電位的對應關係。作答時需將靜止、去極化、再極化與過極化分段論述，並以文字輔助或繪製座標圖，精確標示閾值（Threshold）、峰值及主要離子（Na⁺, K⁺）電流方向。
小題 (三)
上述動作電位的機制在心臟組織細胞的活動，經由體表電極的量測紀錄，稱為體表心電圖或心電圖（ECG），請說明如何利用電極貼片與導程連接進行心電圖的量測，以獲得 Lead I、II、III 與 aVR、aVL、與 aVF 等六個正面（the frontal-plane）的心電圖訊號與其等效電路連接。（10 分）
思路引導 VIP
看到此題，應立即聯想到艾因托文三角形（Einthoven's triangle）與肢體導程的定義。解題關鍵在於分層論述：先定義電極貼附位置（RA, LA, LL, RL），接著列出雙極導程（I, II, III）的電位差公式，最後說明加強型單極導程（aVR, aVL, aVF）是如何透過 Goldberger 中心端電阻網路（等效電路）取得虛擬參考零電位並放大訊號。
小題 (四)
在心電圖的量測中，可能產生的誤差來源有那些？通常可以透過那些方法來降低可能的干擾？（5 分）
思路引導 VIP
面對ECG干擾題，先將雜訊來源分為「環境/儀器端」（如60Hz市電）與「病患生理端」（如肌電雜訊、呼吸造成的基線漂移、運動假影）。接著，針對每一項干擾提出對應的工程解決方案，包含電極選擇、硬體電路（如右腳驅動電路RLD、儀表放大器的高CMRR）及濾波器設計（帶通、陷波器）的具體參數設定。